汽车变速箱输出轴断裂失效及改进研究

汽车变速箱输出轴断裂失效及改进研究
作者：文/ 葛晶
来源：《时代汽车》 2020年第13期
葛晶
正德职业技术学院江苏省南京市 211106
摘要：汽车变速箱输出轴是变速箱与传动轴联动的重要构件，输出轴发生断裂，传动轴将很难受到驱动作用、传动比调整作用，导致汽车运行出现故障，有必要重视汽车变速箱输出轴
断裂失效分析，认为可以在理化检验的基础上，对输出轴失效问题进行综合探讨，随之，为有
效避免变速箱输出轴断裂，归纳改进措施。

关键词：变速箱输出轴断裂失效分析改进措施
Study on the Fracture Failure and Improvement of the Output Shaft of Automobile Gearbox
Ge Jing
Abstract：The output shaft of the automobile gearbox is an important component of the linkage between the gearbox and the transmission shaft. If the output shaft breaks, the transmission shaft will be difficult to be driven by the drive and the adjustment of the transmission ratio would result in the failure of the vehicle operation. So it is necessary to pay attention to the output of the automobile gearbox. The paper,based on the physical and chemical testing, believes that the failure analysis of shaft fracture and the comprehensive discussionof the failure
of the output shaft can effectively avoid the fracture of the output shaft of the gearbox, and summarizes the improvement measures.
Key words：gearbox; output shaft fracture; failure analysis; improvement measures
1 引言
失效分析是输出轴失去效用的原因进行综合分析，运用理化检验的形式，可以较为客观的
收集输出轴断裂面信息、组成成分、硬度数据等，辅助断裂性质、原因的归纳，透过失效分析，可以根据所得断裂数据指导输出轴的质量、性能、成分改进工作，有效避免输出轴再度发生断
裂现象，对公司产品质量增强存在积极意义。

2 变速箱输出轴理化检验方案
变速箱输出轴理化检验内容包括宏观痕迹检测、微观痕迹检测、化学成分分析、金相检验、硬度检验、氢含量检验，一般可以较为全面的把握输出轴断裂面信息，辅助断裂原因、性质分
析工作。

从宏观痕迹检测来看，检验人员可以凭借直观观察及工作手册、维修经验，对断裂面
形貌进行观察，可以了解输出轴是否存在异常机床加工、磕碰磨损、有无明显形变，从微观痕
迹检测来看，检验人员可以运用扫描电子显微镜对断裂处进行扫描，观察是否存在塑性变形、
表面是否存在疏松、杂质较多等状况，同时分析裂纹起点、裂纹形貌等，从化学成分分析来看，对检测输出轴取样，分析输出轴化学成分，了解输出轴与其标识的规格是否吻合，是否存在假
冒伪劣现象，从金相检验的角度来看，金相检验可以了解输出轴的金相组织特点，基本流程是
先从输出轴上取样、抛光、4%硝酸酒精溶液侵蚀，对样品进行显微观察，把握金相组织是马氏体、奥氏体，亦或者是其他，从硬度检验来看，硬度是材料基础性能指标之一，进行硬度检验，取得硬度阶梯分布、硬度数值等数据，了解变速箱输出轴是否是因为硬度不足导致断裂，从氢
含量检验来看，氢含量检验数据可以作为氢脆的判断依据，测试氢含量时，先取样，后运用低
浓度酒精溶液降温至50℃以下，再运用四氯化碳清洗样品，最后用氢含量检测仪，了解样品表
面氢含量、心部氢含量[1]。

3 变速箱输出轴断裂常见原因
变速箱输出轴断裂主要是输出轴存在明显磕碰、加工工艺不达标、选材质量不合格等原因。

从磕碰的角度来看，变速箱输出轴磕碰可以通过痕迹检测的方式，把握断裂处是否存在明显缺陷，输出轴存在缺陷时，会在扭力等作用下，造成裂纹拓展延伸，最终发生断裂，因而，有必
要在生产、运输、安装等过程中，避免器件发生严重的磕碰、磨损，从加工工艺来看，回火工艺、脱氢处理、机床成型等流程不符合标准，也会残留应力，延伸应力形变，也可以是在氢含
量不达标下，形成氢脆，机床成型效果差，导致器件加工面存在异常，也可能会造成变速箱输
出轴发生断裂现象，从选材质量来看，选材质量直接影响到输出轴质量上限，在变速箱输出轴
质量无法达到既定标准的状况下，变速箱很难支撑扭力、转速比调整，导致输出轴承担负荷过
大出现断裂情况，因而，充分重视选材质量，同样可以规避传输轴断裂的状况[2]。

4 变速箱输出轴断改进措施
4.1 重视变速箱输出轴原料质量
变速箱输出轴材料质量可以直接影响到输出轴强度上限、抗应力形变能力上限，考虑到输
出轴在车辆运行中的重要性，有必要在抉择变速箱输出轴时，高度重视输出轴原料质量。

从生
产资质角度来看，生产输出轴之前，应当对毛胚件提供厂商的生产资质充分考核，防止取得的
原料强度、韧性、切削性能等不负荷既定要求或不符合标准，导致输出轴本身材质存在质量缺陷，影响到输出轴工作稳定性、工作性能，从质量检验的角度来看，应当在厂家提供的毛胚件
到货后，运用金相检验等方式，抽检毛胚件，确保质量合格下，方能入库保存，或运用生产加
工过程中。

例如，以20CrMnTi钢作为毛胚时，应当根据20CrMnTi钢的执行标准、企业信用、市场交易、样品质量等，对毛胚提供厂商的生产资质进行综合评价，以此为基础，确保毛胚件质量，
避免对后续输出轴生产活动造成负面影响，另外，厂商到货至入库保存之间，采购方还要对毛
胚件的金相组织、强度、可加工性能等参数进行技术检验，确保无误后，方能入库并进入到生
产加工活动中。

4.2 重视变速箱输出轴加工工艺
变速箱输出轴加工工艺主要包括回火工艺、机床加工工艺、脱氢处理工艺等，旨在消除毛
胚件内应力，加强毛胚件韧性、强度、可加工性能，并在机床加工下，最终成型。

首先应当重
视工艺改进，针对输出轴性能需求，尽可能的消除工件的氢含量，有效规避氢脆等现象的产生，其次，重视技术规程编制及设备及时更新，贴合生产技术进步下，强化生产能力，整体改善生
产工艺水准，保障传输轴生产质量，最后，针对生产流程中可能存在的缺陷，或导致工件加工
质量的风险进行披露，审视生产工艺是否有必要进行改善，或在风险生产风险下，编制风险规
避方案，在生产环节出现差错时，可以及时纠正，或采取止损手段[3]。

例如，传输轴生产流程中，一般需要先对将毛胚件锻造成型，然后正火处理，尽可能的降
低工件的内应力，随之进行调质处理，最后粗加工、精加工工件，在此流程之间，还需要运用
去毛刺、清洗、冷却、保温等一系列工序，具体运用可以根据品控要求、性能要求，改善生产
工艺，为保障生产工艺能发挥效用，应当重视配套设备、技术手册、风险规避方案制定，以此
充分确保传输轴生产质量。

4.3 重视变速箱输出轴生产质量
变速箱输出轴生产质量与设备、人员、制度规范等存在关联。

从生产设备角度来看，应当
对氢含量测试仪精度、机床加工精度、温控精度、量尺精度等高度重视，推进精细化加工的同时，保障输出轴生产质量，另外，需要根据生产设备重要程度、精准度要求、性能稳定性，拟
定检修维护计划，除了可以及时响应设备故障之外，还可以定期披露设备运作健康状态下，了
解设备运作质量、性能，便于识别质量、安全风险，从生产人员来看，应当重视人员培训、企
业文化渗透，应当根据传输轴质检手段、生产流程、设备操作方法编制技术手册，帮助职员适
应传输轴生产活动，企业文化中的安全生产、高效生产、质检严谨等理念，可以改善职员工作
态度，规制主观偏差风险，确保传输轴生产质量，从制度规范来看，生产厂商应当重视绩效考
核制度、奖惩制度、责任及任务分配机制等拟定，以此激励、约束职员行为，客观约束员工主
观偏差风险，确保变速箱输出轴生产质量。

例如，生产输出轴时，运用标准氢含量件校准氢含量精准度，就可以更加精准的披露工件
的氢含量，可以确定脱氢工艺执行的必要性、保温脱氢时间，还可以对脱氢工艺后的工件的氢
含量进行精准测定，判断脱氢工艺效果，重视人员培训，操作氢含量测试仪时，数值记录偏差
风险可以得到约束，尤其是操作人员在惩罚制度约束下，会更加认真对待本职工作，保障变速
箱输出轴生产质量。

4.4 重视变速箱输出轴与工作环境的适宜性
变速箱输出轴发生断裂除了本身内在质量缺陷下，疲劳断裂，或工作环境超出输出轴负荷
极限的状况同样较多，因而，设计变速箱时，应当输出轴性能需求、寿命期限需求、工作稳定
性需求高度重视，根据变速箱本身实际状况，抉择相适宜的输出轴，可以降低输出轴突然断裂
概率，保障行车安全。

例如，家用轿车在动力方面的需求相对较低，对运行稳定性较高，在设计变速箱时，可侧
重输出轴性能稳定性，采购输出轴时，重视品控强、寿命期限长、性能衰减幅度低等参数，一
般能在增强变速箱输出轴与工作环境的适宜性上，强化输出轴运用效能。

4.5 重视变速箱输出轴安装前质量检验
变速箱输出轴安装前质量检验可以进一步的保障传输轴的使用安全，保障输出轴运用效能。

变速器组装厂商可以从理化检验的角度，针对输出轴样品的外观形貌、化学成分、金相组织、
氢含量等数值进行测检，在质量合格下，方能用于变速器安装，反之，应当对同批次样品继续
抽检，合格率较差下，进行退货，另外，还可以进行模拟测试，模仿变速器工作环境下，观察
输出轴在扭力负荷等状况下运作质量，若出现裂纹、断裂、齿轮啮合不佳等情况，应谨慎对待
同批次输出轴。

例如，输出轴初步通过外观形貌、化学成分、金相组织、氢含量等环节测试后，一般可以
说明输出轴本身质量较佳，考虑到质检活动的全面深入，还可以运用模拟测试形式，进行二次
质检，发现齿轮啮合、运作噪音、断裂痕迹等处于理想状况下，可以进一步佐证变速箱输出轴
质量较佳。

5 结语
变速箱输出轴理化检验内容包括宏观痕迹检测、微观痕迹检测、化学成分分析、金相检验、硬度检验、氢含量检验，一般可以较为全面的展开失效分析，另外，在确保传输轴质量上，可
以从原料质量、生产工艺、生产质量、与工作环境适宜性、安装前质检五方面落实。

参考文献：
[1]杨永刚，陈德鑫，李松松，等.汽车变速器输出轴齿座限位花键轴向断裂失效分析与试
验研究[J].汽车技术，2017，000（007）：16-19.
[2]银俊鹰，赵勇桃.汽车变速箱齿轮轴断裂失效分析研究[J]. 铸造技术，2018，039（010）：2398-2400.
[3]周洪涛，崔兰芳，李洪，等.汽车变速箱输出轴断裂失效分析[J].期刊论文， 2016，52（2）.
作者简介
葛晶：（1984.12—）,男、汉,江苏南京人,本科学历，工程师，高级技师。

研究方向：汽
车性能改进。